JPH0215087B2 - - Google Patents

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JPH0215087B2
JPH0215087B2 JP57095395A JP9539582A JPH0215087B2 JP H0215087 B2 JPH0215087 B2 JP H0215087B2 JP 57095395 A JP57095395 A JP 57095395A JP 9539582 A JP9539582 A JP 9539582A JP H0215087 B2 JPH0215087 B2 JP H0215087B2
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JP
Japan
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mos
signal line
input signal
circuit
conductivity type
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JP57095395A
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JPS58211252A (ja
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Kazuo Suganuma
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Priority to US06/499,872 priority patent/US4564921A/en
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Publication of JPH0215087B2 publication Critical patent/JPH0215087B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F7/00Methods or arrangements for processing data by operating upon the order or content of the data handled
    • G06F7/38Methods or arrangements for performing computations using exclusively denominational number representation, e.g. using binary, ternary, decimal representation
    • G06F7/48Methods or arrangements for performing computations using exclusively denominational number representation, e.g. using binary, ternary, decimal representation using non-contact-making devices, e.g. tube, solid state device; using unspecified devices
    • G06F7/50Adding; Subtracting
    • G06F7/501Half or full adders, i.e. basic adder cells for one denomination
    • G06F7/503Half or full adders, i.e. basic adder cells for one denomination using carry switching, i.e. the incoming carry being connected directly, or only via an inverter, to the carry output under control of a carry propagate signal

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  • Computing Systems (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明はたとえば演算回路で使用される3入
力の全加算器に関する。 〔発明の技術的背景〕 第1図は相補型MOS FETを用いて構成した、
従来の全加算器の回路構成図である。この回路は
大別して2つのブロツクで構成されている。一方
のブロツクはPチヤネルMOS FET(以下P−
MOSと略称する)P1〜P8およびNチヤネル
MOS FET(以下N−MOSと略称する)N1〜N
8からなり、3つの入力信号DA,DB,DCから
和信号Soを得るためのもので、他方のブロツク
はP−MOS P9〜P14およびN−MOS N9
〜N14からなり、3つの入力信号DA,DB,
DCから桁上げ信号Coを得ている。すなわち、上
記3つの入力信号DA,DB,DCに対して和信号
Soおよび桁上げ信号Coは次のような論理式で示
される。 So=DADBDC Co=DA・DB+DB・DC+DC・DA ただし、は排他的論理和、・は論理積、+は論
理和を表わす。 〔背景技術の問題点〕 上記のような相補型MOS FETを用いた全加
算器は回路構成が複雑で、FETの総数が28個と
多くなつてしまい。高集積化が困難となる欠点が
ある。しかも3つの各入力信号それぞれは多数の
FETに供給されるため、入力信号が駆動すべき
負荷が重くなつてしまい、高速動作が困難となる
欠点もある。 〔発明の目的〕 この発明は上記のような事情を考慮してなされ
たもので、その目的は、相補型MOS FETを用
いて回路構成するに好適で、しかも素子数の低減
を図つて高集積化を可能とすると共に入力信号に
対する負荷を低減せしめて高速動作を可能とした
全加算器を提供することにある。 〔発明の概要〕 上記目的を達成するためにこの発明にあつて
は、第1および第2の排他論理和回路によつて第
1ないし第3の入力信号に対する和信号を求め、
第1または第2の入力信号のいずれか一方と第3
の入力信号とを第1の排他論理和回路の出力信号
に応じて選択回路で選択してこれを桁上げ信号と
するようにしている。 〔発明の実施例〕 第2図はこの発明の原理を説明するための全加
算器のブロツク構成図である。図において1〜3
は入力信号DA,DB,DCそれぞれが与えられる
入力信号線である。上記2つの入力信号線1,2
に与えられる入力信号DA,DBは、2入力の排
他論理和回路4の入力端子にそれぞれ与えられ
る。上記排他論理和回路4の出力信号線5に与え
られる入力信号DAとDBの排他論理和信号Eお
よび上記入力信号線3に与えられる入力信号DC
は、もう1つの2入力の排他論理和回路6の入力
端子にそれぞれ与えられる。また上記排他論理和
回路6の出力信号線7から上記3つの入力信号
DA,DB,DCに対する和信号Soが出力される。 また上記入力信号線2に与えられる入力信号
DBおよび入力信号線3に与えられる入力信号DC
は共に選択回路8の2つの入力端子に与えられ
る。上記出力信号線5に与えられる排他論理和信
号Eは上記選択回路8の制御端子に与えられる。
選択回路8はその制御端子に与えられる制御信号
のレベルが1レベルの時には入力信号線3の信号
を選択し、また0レベルの時には入力信号線2の
信号を選択し、この選択信号を出力信号線9から
桁上げ信号Coとして出力する。 上記構成において、一方の排他論理和回路4で
は2つの入力信号DA、DBのレベルが互いに異
なる時にその論理が成立し、このときその出力信
号線5には1レベルの排他論理和出力Eが得られ
る。同様に他方の排他論理和回路6では2つの入
力信号DC,Eのレベルが互いに異なる時にその
論理が成立し、このときその出力信号線7には1
レベルの和信号Soが得られる。したがつて、排
他論理和回路6の出力信号線7には、3つの入力
信号DA,DB,DCのいずれか1つあるいは3つ
全部が1レベルとなつているときに1レベルの和
信号Soが得られる。 一方、桁上げ信号Coは3つの入力信号DA,
DB,DCのうちいずれか2つ以上が1レベルとな
つているときに1レベルとなるものである。すな
わち、桁上げ信号Coが1レベルとなる時の入力
条件は次の4通りである。 DA=1レベル、DB=1レベル、DC=0レ
ベル DA=1レベル、DB=0レベル、DC=1レ
ベル DA=0レベル、DB=1レベル、DC=1レ
ベル DA=1レベル、DB=1レベル、DC=1レ
ベル 上記2つの入力条件およびの場合、排他論
理和回路4の出力信号線5の信号Eのレベルは1
レベルとなる。この時、選択回路8は入力信号線
3の信号すなわちDCを選択するため、桁上げ信
号Coは1レベルとなり、桁上げ有りとみなされ
る。 また、上記2つの入力条件およびの場合、
排他論理和回路4の出力信号線5の信号Eのレベ
ルは0レベルとなる。この時、選択回路8は入力
信号線2の信号すなわちDBを選択するため、桁
上げ信号Coは1レベルとなり、この場合にも桁
上げ有りとみなされる。 第3図は上記回路における3つの入力信号
DA,DB,DCに対する信号Eおよび和信号Soと
桁上げ信号Coの関係をまとめて示した図である。 第4図は上記第2図に示す全加算器を、実際に
相補型MOS FETを用いて構成した場合の回路
図である。図示するように、一方の排他論理和回
路4はP−MOS P21〜P23およびN−
MOS N21〜N23によつて構成され、他方の
排他論理和回路6はP−MOS P24〜P26お
よびN−MOS N24〜N26によつて構成さ
れ、さらに選択回路8はP−MOS P27とN−
MOS N27によつて構成されている。なお、こ
の第4図の場合、選択回路8の出力信号線9には
P−MOS P28とN−MOS N28とからなる
バツフア用のC−MOSインバータ10が設けら
れており、桁上げ信号は反転されたの形でこ
のインバータ10の出力信号線11から得られる
ようになつている。 上記一方の排他論理和回路4は次のように結線
されている。まず2個のN−MOS N21,N2
2が直列接続され、一方のN−MOS N21の開
放端すなわちドレインまたはソース電極および他
方のN−MOS N22のゲート電極が共に前記入
力信号線1に、他方のN−MOS N22の開放端
すなわちドレインまたはソース電極および一方の
N−MOS N21のゲート電極が共に前記入力信
号線2にそれぞれ接続される。正極性の電源電圧
VDD(1レベルに対応)印加点と上記両N−MOS
N21,N22の直列接続点Xとの間には2個の
P−MOS P22,P21が直列接続され、一方
のP−MOS P22のゲート電極は前記入力信号
線2に、また他方のP−MOS P21のゲート電
極は前記入力信号線1にそれぞれ接続される。ま
たP−MOS P23とN−MOS N23とが上記
電源電圧VDD印加点とアース(0レベルに対応)
点との間に直列接続されてC−MOSインバータ
12を構成し、このP−MOS P23とN−
MOS N23のゲート電極は上記直列接続点Xに
共に接続される。 上記他方の排他論理和回路6は次のように結線
されている。まず2個のN−MOS N24,N2
5が直列接続され、一方のN−MOS N24の開
放端すなわちドレインまたはソース電極および他
方のN−MOS N25のゲート電極が共に前記入
力信号線3に、他方のN−MOS N25の開放端
すなわちドレインまたはソース電極および一方の
N−MOS N24のゲート電極が共に前記出力信
号線5にそれぞれ接続される。VDD印加点と上記
両N−MOS N24,N25の直列接続点Yとの
間には2個のP−MOS P25,P24が直列接
続され、一方のP−MOS P24のゲート電極は
前記入力信号線3に、また他方のP−MOS P2
5のゲート電極は前記入力信号線5にそれぞれ接
続される。またP−MOS P26とN−MOS N
26とがVDD印加点とアース点との間に直列接続
されてC−MOSインバータ13を構成し、この
P−MOS P26とN−MOS N26のゲート電
極は上記直列接続点Yに共に接続される。 上記選択回路8は次のように結線されている。
P−MOS P27とN−MOS N27とが直列接
続され、P−MOS P27と開放端すなわちドレ
インまたはソース電極は前記入力信号線2に、N
−MOS N27の開放端すなわちドレインまたは
ソース電極は前記入力信号線3にそれぞれ接続さ
れ、さらにP−MOS P27およびN−MOS N
27のゲート電極は前記入力信号線5に共に接続
されている。 上記一方の排他論理和回路4では次のようにし
て入力信号DAとDBとの排他論理和信号が得ら
れる。まず両入力信号DA,DBが共に0レベル
の場合、N−MOS N21,N22は共にオフ
し、P−MOS P21,P22は共にオンする。
このとき、オンしている2個のP−MOS P2
1,P22により、接続点Xは1レベルに設定さ
れる。この1レベル信号はインバータ12によつ
て反転されるので、出力信号線5は0レベルに設
定される。次に両入力信号DA,DBが共に1レ
ベルの場合、N−MOS N21,N22は共にオ
ンし、P−MOS P21,P22は共にオフす
る。このときはオンしている2個のN−MOS N
21,N22と入力信号線1,2の1レベルの入
力信号DA,DBとにより、接続点Xは1レベル
に設定される。この1レベル信号は上記と同様に
インバータ12によつて反転されるので、出力信
号線5は0レベルに設定される。さらに次に入力
信号DA,DBのレベルが異なつている場合、P
−MOS P21とP22はどちらかがオフするの
で、P−MOS P22とP21との経路で接続点
Xは1レベルに設定されることはない。このと
き、一方の入力信号DAが1レベルでかつ他方の
入力信号DBが0レベルになつていれば、N−
MOS N21がオフし、N−MOS N22はオン
する。このとき、オンしているN−MOS N22
を介して、0レベルとなつている入力信号DBが
接続点Xに伝えられて、ここのレベルは0レベル
に設定される。この0レベル信号はインバータ1
2によつて反転されるので、出力信号線5は1レ
ベルに設定される。また入力信号DA,DBのレ
ベルが異なつている場合で、一方のDAが0レベ
ルでかつ他方のDBが1レベルになつていれば、
今度はN−MOS N21がオンし、N−MOS N
22はオフする。このときには、オンしているN
−MOS N21を介して0レベルとなつている入
力信号DAが接続点Xに伝えられるので、ここの
レベルは0レベルに、また出力信号線5は1レベ
ルにそれぞれ設定される。 このようにこの排他論理和回路4では入力信号
DAとDBの排他論理和信号が得られる。またも
う1つの排他論理和回路6でも入力信号が異なる
だけで、同じようにして2つの信号の排他論理和
信号が得られる。 上記選択回路8では次のようにして2つの信号
が選択される。まず入力信号DAおよびDBが共
に0レベルまたは共に1レベルの場合、上記した
ように出力信号線5の信号Eは0レベルとなる。
このとき、P−MOS P27はオンし、N−
MOS N27はオフする。この結果、オンしてい
るP−MOS P27を介して入力信号線2の信号
DBが出力信号線9に伝えられる。つまり、信号
DA,DBが共に1レベルの場合には必らず桁上
げが生じるので、1レベルとなつている信号DB
が桁上げ信号Coとして出力信号線9に伝えられ、
またこれとは反対に入力信号DA,DBが共に0
レベルの場合には桁上げは生じないので0レベル
となつている信号DBが桁上げ信号Coとして出力
信号線9に伝えられる。また入力信号DAとDB
とが互いに異なるレベルの場合、上記したように
出力信号線5の信号Eは1レベルとなる。このと
き、P−MOS P27はオフし、N−MOS N2
7がオンする。この結果、オンしているN−
MOS N27を介して入力信号線3の信号DCが
出力信号線9に伝えられる。つまり、2つの入力
信号DA,DBが互いに異なるレベルになつてい
る場合にはいずれか1つが1レベルであり、もう
1つの入力信号DCのレベルによつて桁上げが生
じるか否かが決定される。したがつて、この場合
には入力信号DCをそのまま桁上げ信号Coとして
出力すればよいのである。 このようにこの選択回路8では3つの入力信号
DA,DB,DCに対する桁上げ信号Coが得られ
る。 ところで、上記第4図に示すように、相補型
MOS FETを用いて構成された全加算器は、前
記第1図に示す従来回路を構成するのに必要とす
るMOS FETの数28個に対し、わずか16個の
MOS FETで構成できる。このため、従来回路
よりもMOS FETの数を12個削減でき、これに
よつて高集積化が実現できる。しかも3つの各入
力信号DA,DB,DCは多くともわずか4個の
FETのゲート電極およびソースまたはドレイン
電極に供給され、前記第1図に示す従来回路にお
いて最も少ない6個に対して少くすることがで
き、この結果、負荷が軽減されて高速動作が可能
となる。 第5図はこの発明の途中の過程で考えられた全
加算器の具体的な構成を示す回路図である。この
回路が前記第4図回路と異なつているところは、
前記N−MOS N27に対してP−MOS P29
が、また前記P−MOS P27に対してN−
MOS N29がそれぞれ並列接続されていること
である。そして上記P−MOS P29およびN−
MOS N29のゲート電極は、前記出力信号線5
に与えられる信号の否定信号すなわちC−MOS
インバータ12の入力信号が与えられる。すなわ
ち、この回路では、選択回路8が、並列接続され
たN−MOS N27とP−MOS P29からなる
並列回路と、この並列回路に直列接続される並列
接続されたP−MOS P27とN−MOS N29
からなるもう1つの並列回路によつて構成されて
いる。 この回路では、N−MOS N27がオンする時
にはP−MOS P29が、またP−MOS P27
がオンする時にはN−MOS N29がそれぞれ同
時にオンするため、出力信号線9における信号の
レベルは1レベルならばよりVDDに近いレベル
に、また0レベルならばよりアースレベルに近い
レベルにそれぞれ設定される。 なお、この回路で用いられるMOS FETの数
は第4図回路よりも2個増加して18個となるが、
まだ従来回路の28個よりは大幅に少なくすること
ができる。 ところで全加算器を複数個用いて演算を行なう
加算器、乗算器等においては、1つの全加算器の
和信号及び桁上げ信号は次第の全加算器の入力信
号として与えられることが多い。 第6図は上記したように、複数個の全加算器を
多段接続する場合に適したこの発明の実施例の構
成を示す回路図である。この回路では1つの入力
信号DCの代りにその反転信号を入力し、かつ
和信号としてはを得るようにしさらに桁上げ
信号としてCoを得るようにし、また前段の和信
号を後段の1つの入力信号とするようにし
たものである。そして選択回路8に与えられる一
方の入力信号の極性を合わせるために入力信号線
2の途中にP−MOS P30とN−MOS N30
からなるC−MOSインバータ14が設けられて
いる。 この実施例回路は、出力信号線7における和信
号が出力信号線11における桁上げ信号Coよ
りも遅く発生する場合に適しており、このような
場合に出力信号線7を次段の入力信号線3に接続
すると高速化が図れる。つまり、入力信号線1,
2に入力信号DA,DBがそれぞれ供給されてか
ら出力信号線5に排他論理和信号Eが現われるま
での遅れ時間が入力信号線3の時間的余裕となる
ため、3つの入力信号のうち最も速く生じる入力
信号を入力信号線2に、次に生じる入力信号を入
力信号線1に、最も遅く生じる入力信号を入力信
号線3にそれぞれ供給することにより高速化が図
れる。 このように上記実施例回路における全加算器
は、MOS FETの総数が20個であり、従来回路
の28個に対して大幅に減少させることができる。
したがつて、高集積化が可能である。またすべて
の入力信号DA,DB,DCがそのゲートおよびソ
ースまたはドレイン電極に供給されるMOS
FETの総数が、従来の22個に対して、最も多い
実施例回路で13個に減少するため、入力で駆動す
べき負荷が軽くてすみ、高速動作が可能となる。 また、第1図に示す従来回路では各入力信号
DA,DB,DCおよび和信号So、桁上げ信号Coは
その意味有りレベル(すなわちたとえばCoが1
レベルの時に桁上げが有る)が1レベルである正
論理信号に規定されている。ところがこの発明の
回路では1レベル、0レベルどちらのレベルも意
味有りレベルとすることができる正、負両極性の
論理信号を使用することができる。たとえば、第
6図の実施例回路では、第7図に示すように2種
の異なる極性の組合せを持つ3つの入力信号
DA,DB,DCも扱え、またさらに選択回路8を
構成するP−MOS P27,P29をN−MOS
に、N−MOS N27,N29をP−MOSにそ
れぞれ置き換えることにより、第8図に示すよう
な組合せを持つ入力信号も扱うことができる。 また、この発明の回路が相補MOS FETを用
いて回路構成するのに適していることは、桁上げ
信号を得るための選択回路8が1つの制御信号で
実現されていることに起因している。 〔発明の効果〕 以上説明したようにこの発明によれば、相補型
MOS FETを用いて回路構成するに好適で、し
かも素子数の低減を図つて高集積化を可能とする
と共に入力信号に対する負荷を低減せしめて高速
動作を可能とした全加算器を提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の全加算器の回路構成図、第2図
はこの発明の原理を説明するための全加算器のブ
ロツク構成図、第3図は第2図の全加算器の各信
号のレベル関係をまとめて示す図、第4図及び第
5図はそれぞれこの発明の途中の過程で考えられ
た全加算器の具体的回路図、第6図はこの発明の
一実施例の回路図、第7図および第8図はそれぞ
れこの発明を説明するためのもので各信号の極性
関係をまとめて示す図である。 1,2,3……入力信号線、4,6……排他論
理和回路、5,7,9,11……出力信号線、8
……選択回路、10,12,13,14……C−
MOSインバータ、P21〜P30……Pチヤネ
ルMOS FET、N21〜N30……Nチヤネル
MOS FET。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 第1の入力信号線の信号と第2の入力信号線
    の信号との排他的論理和信号を得る第1の排他的
    論理和回路と、上記第1の排他的論理和回路の出
    力信号と第3の入力信号線の信号との排他的論理
    和信号を得てこれを和信号として出力する第2の
    排他的論理和回路と、上記第2の入力信号線の信
    号を反転する反転回路と、第1の排他的論理和回
    路の出力信号に応じて上記第1および第2の入力
    信号線のいずれか一方の信号と上記反転回路の出
    力信号とを選択しこれを桁上げ信号として出力す
    る選択手段とを具備し、 上記第1の排他的論理和回路は、直列接続さ
    れ、ゲートが上記第1、第2の入力信号線に接続
    され、それぞれの開放端が第2及び第1の入力信
    号線に接続される第1導電型の第1及び第2の
    MOS FETと、電源電圧の印加点と上記第1及
    び第2のMOS FETの直列接続点との間に直列
    接続され、ゲートが上記第1及び第2の入力信号
    線に接続される第2導電型の第3及び第4の
    MOS FETと、電源電圧の印加点とアース点と
    の間に直列接続され、ゲートが上記第1及び第2
    のMOS FETの直列接続点に共通に接続される
    第2導電型の第5のMOS FET及び第1導電型
    の第6のMOS FETからなる第1のCMOS反転
    回路とで構成され、 上記第2の排他的論理和回路は、直列接続さ
    れ、ゲートが上記第3の入力信号線と上記第1の
    CMOS反転回路の出力信号線に接続され、それ
    ぞれの開放端が上記第1のCMOS反転回路の出
    力信号線及び第3の入力信号線に接続される第1
    導電型の第7及び第8のMOS FETと、電源電
    圧の印加点と上記第7及び第8のMOS FETの
    直列接続点との間に直列接続され、ゲートが上記
    第1のCMOS反転回路の出力信号線及び第3の
    入力信号線に接続される第2導電型の第9及び第
    10のMOS FETと、電源電圧の印加点とアース
    点との間に直列接続され、ゲートが上記第7及び
    第8のMOS FETの直列接続点に共通に接続さ
    れる第2導電型の第11のMOS FET及び第1導
    電型の第12のMOS FETからなる第2のCMOS
    反転回路とで構成され、 上記選択手段は、直列接続され、ゲートが上記
    第1のCMOS反転回路の出力信号線に共通に接
    続され、それぞれの開放端が上記第3の入力信号
    線と上記反転回路の出力信号線とに接続される第
    1導電型の第13のMOS FET及び第2導電型の
    第14のMOS FETと、上記第13のMOS FETに
    並列接続され、ゲートが上記第1及び第2の
    MOS FETの直列接続点に接続される第2導電
    型の第15のMOS FETと、上記第14のMOS
    FETに並列接続され、ゲートが上記第1及び第
    2のMOS FETの直列接続点に接続される第1
    導電型の第16のMOS FETと、ゲートが上記第
    13及び第14のMOS FETの直列接続点に共通に
    接続される第2導電型の第17のMOS FET及び
    第1導電型の第18のMOS FETからなる第3の
    CMOS反転回路とで構成され、 上記第1と第3の入力信号線には反転入力信号
    DA、を、第2の入力信号線には正転入力信
    号DBをそれぞれ入力し、上記第2の排他的論理
    和回路からは反転加算出力信号を、上記選択
    手段からは正転桁上げ信号COをそれぞれ出力す
    るように構成したことを特徴とする全加算器。
JP57095395A 1982-06-03 1982-06-03 全加算器 Granted JPS58211252A (ja)

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JP57095395A JPS58211252A (ja) 1982-06-03 1982-06-03 全加算器
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US06/499,872 US4564921A (en) 1982-06-03 1983-06-01 Full adder

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